Grafentilsætningsstoffer viser en ny måde at kontrollere strukturen af ​​organiske krystaller på

Et team af forskere ved University of Manchester har påvist, at grafens overfladeegenskaber kan bruges til at kontrollere strukturen af ​​organiske krystaller opnået fra opløsning.

Organiske krystalstrukturer kan findes i en lang række produkter, bl. såsom mad, sprængstoffer, farvepigmenter og lægemidler. Imidlertid, organiske krystaller kan komme i forskellige strukturer, kaldet polymorfer:hver af disse former har meget forskellige fysiske og kemiske egenskaber, på trods af den samme kemiske sammensætning.

For at lave en sammenligning, diamant og grafit er polymorfer, fordi de er sammensat både af kulstofatomer, men de har meget forskellige egenskaber, fordi atomerne er bundet til at danne forskellige strukturer. Det samme koncept kan udvides til organiske molekyler, når de interagerer mellem hinanden for at danne krystaller.

At forstå og reagere på, hvordan materialer fungerer på et molekylært niveau, er nøglen, fordi den forkerte polymorf kan forårsage, at en fødevare har en dårlig smag, eller et lægemiddel for at være mindre effektivt. Der er flere eksempler på lægemidler fjernet fra markedet på grund af polymorfi-relaterede problemer. Som sådan, produktion af en specifik polymorf er i øjeblikket et grundlæggende problem for både forskning og industri, og det indebærer betydelige videnskabelige og økonomiske udfordringer.

Ny forskning fra University of Manchester har nu vist, at tilsætning af grafen til en fordampende opløsning indeholdende organiske molekyler væsentligt kan forbedre selektiviteten over for en bestemt krystallinsk form. Dette åbner op for nye anvendelser af grafen inden for krystalteknik, som hidtil har været fuldstændig uudforsket.

Professor Cinzia Casiraghi, hvem ledede holdet, sagde:"I sidste ende, vi har vist, at avancerede materialer, såsom grafen og nanoteknologiens værktøjer gør os i stand til at studere krystallisation af organiske molekyler fra en opløsning på en radikalt ny måde. Vi er nu begejstrede for at bevæge os hen imod molekyler, der almindeligvis bruges til lægemidler og fødevarer for yderligere at undersøge potentialet for grafen inden for krystalteknik."

I rapporten, udgivet i ACS Nano , holdet har vist, at ved at tune overfladeegenskaberne af grafen, det er muligt at ændre typen af ​​producerede polymorfer. Glycin, den enkleste aminosyre, er blevet brugt som referencemolekyle, mens forskellige typer grafen er blevet brugt enten som additiv eller som skabeloner.

Matthew Boyes, og Adriana Alieva, Ph.D. studerende ved University of Manchester, begge bidrog til dette arbejde:"Dette er et banebrydende arbejde med brugen af ​​grafen som tilsætningsstof i krystallisationsforsøg. Vi har brugt forskellige typer grafen med varierende iltindhold og set på deres virkninger på krystalresultatet af glycin. Vi har observeret at ved omhyggeligt at justere iltindholdet i grafen, det er muligt at inducere præferencekrystallisation." sagde Adriana.

Computer modellering, udført af professor Melle Franco ved universitetet i Aveiro, Portugal, understøtter de eksperimentelle resultater og tilskriver den polymorfe selektivitet til tilstedeværelsen af ​​hydroxylgrupper, hvilket muliggør hydrogenbindingsinteraktioner med glycinmolekylerne, derved favoriserer den ene polymorf frem for den anden, når yderligere lag af polymorfen er tilføjet under krystalvækst.